佛山市飞驰汽车科技有限公司
摘要：全承载式车身结构主要是由小断面矩形钢管焊接而成，承载能力强，在结构安全性、结构稳定性、乘坐舒适性、节能环保方面优势明显，目前普遍应用于高等级客运客车以及城市公交客车。为了更好地提升客车的质量与性能，文章从全承载式客车入手，分析和研究了全承载式客车车身结构设计。
关键词：全承载式客车；车身结构设计；客车结构设计
一、全承载式客车车身的结构特点
全承载车身结构主要包括底架、车身前后左右围以及顶盖，常用于低地板、低入口城市客车。在这种桁架结构设计模式下，可以降低整车质量，提高强度，在发生碰撞、翻转的过程中，产生的冲击力可以被迅速分解到全车骨架的各个位置，以此降低伤害，保证客车的安全性能。总的来说，全承载式客车车身具有着较高强度性和轻量化特点。全承载式客车车身的结构最为明显的特点包括高承载力、质量较轻、材料利用率高，在这三个特点下，结构整体的稳定性和安全性随之提高。另外，乘坐的舒适性、低噪音、宽视野也是其最大的优点。但这种结构也存在一定的问题，焊接难度较大、工艺成本较高等问题亟需解决。
二、全承载式客车车身结构现状
目前，中国汽车企业正面临着严峻的形式，行业内的设计水平相对薄弱，生产工作中无法高效开展，CAD/CAM/CAE等软件仿真模拟反分析技术也没有得到充分利用，想要实现全承载式客车车身结构设计难度较大。从目前来看，客车车身结构的开发模式可以分为串行和并行开发模式，相比较前者而言，后者的开发周期较短、成本较低，近几年来得到了广泛应用。但从实际情况来看，国家客车制造行业中依然有很多企业依赖于工程设计人员自身的工作经验，并行开发模式的优越性并没有得到充分体现。但随着企业研发力度的提高，这种模式中最终会得到进一步完善应用。在全承载式客车车身结构设计流程中，可以按照有限元方式高效、有针对性的进行设计。比如，CAE技术已广泛应用在车身结构设计和整车性能分析等方面，尤其是全承载式客车车身结构设计中，并且借助尺寸优化、形状优化以及拓扑优化等方式，完成设计工作。国内汽车厂商如果想要提高自主研发能力，缩小和国外先进水平的差距，就要对设计技术进行完善，缩短开发周期和开发成本，降低焊接难度，让其可以在生产工作中得到广泛应用。
三、客车结构设计力学理论
客车车身结构型式按承载方式可分为非承载式、半承载式和全承载式。这三种结构型式最大的不同在于非承载式、半承载式车身均有一刚性车架，即有一个明显的底盘大梁存在；全承载式车身整个车身结构为一体，底盘系统件都直接装在车身结构上。结构型式不同，这三类车身结构设计时的力学控制理论也不同。全承载式车身结构由于主要采用小截面管材组焊而成，小截面管材一般抗弯、抗扭能力弱，而承受沿杆向力的能力强，因此通过合理的结构设计，使车辆在行驶过程中产生的弯曲和扭转力均由杆向力承受。这种结构设计时一般刚度不是问题，主要考察各杆自身的强度是否合适，即采用“强度理论”控制。非承载式、半承载式车身结构车辆在行驶过程中产生的弯曲和扭转载荷主要是靠底盘车架承受，因而车身部分在设计中基本不加以考虑。这种型式的车架基本处在弯曲状态，因此非承载式和半承载式车身的车架纵梁的截面尺寸要取得很大，以控制整车的弯曲和扭转变形，而材料强度一般不会出现问题，即采用“刚度理论”控制。基于以上两种理论控制，采用全承载式车身结构将能更好地实现等强度设计要求，更容易实现整车轻量化设计。
四、全承载式客车车身结构的整体设计
1.调整方案设计
在设计全承载式客车车身结构前，针对此类工程，技术人员需设计出整体建设方案，工作人员需根据当前的要求与车身设计的需求，确保多项数据的准确度，如整车断面曲线、整车宽度、长度、前悬长、后悬长及轴距等，设置相应的数学模型，根据当前所掌握的数据信息了解整部客车的尺寸参数。再依照参数尺寸确定整部客车车门的位置、行李舱、车窗横梁高度与玻璃的具体分块等。在设计好每项参数与各事物的位置后，整部客车的模型已然勾勒，在此阶段的主要设计任务为行李舱立柱、车门及车窗，需要设计出整部客车的整体结构。具体来说，工作人员还可借助信息技术，如CAE技术或互联网技术等，将该技术引入到车身结构设计的初期，有助于修复车身内部的参数性能，如有必要，技术人员仍需建立数学模型，以增强计算结果或相关参数的精准性。
2.加强底架结构
针对客车车身的底架结构，技术人员需从多个方面考虑底架设计，首先，可依照悬架结构适当调整或改善气囊与板簧的安装位置，并确定其结构尺寸，其中心龙骨宽度要选取最合适的尺寸，便于其结构紧凑，施工便捷。若龙骨的选择过宽，其踏步深度会受较大影响。为更好地布置过道，在龙骨内侧还需增添多余材料。其次，工作人员还要依照多个门框的位置分布来确定龙骨断面。在选择龙骨断面的过程中，舱门、门立柱及悬架伸梁等位置与分布需保持一致，进而保证力的有效传递。与此同时，在安装客车发动机时，应确定车身后半段的龙骨宽度，而前半段龙骨宽度则由客车的转向系统确认。此外，还要依据车身高度明确车内地板高度，在选取过程中要考虑到诸多因素，如外观效果、行李舱大小与车内高度等。最后，工作人员应密切注意车身的整体承载力，因而要合理布置管线路与客车过道深度等，进而改善龙骨的扭转刚度与弯曲刚度。对于车身的悬架支撑，在开展局部设计时，需增强其支撑以后的气囊外伸梁，并进行科学设计，降低其弯曲状态出现的频率，完善车身结构。
3.设计侧围结构
在设计侧围结构前，工作人员需意识到该阶段设计的重要性，侧围结构在全承载式客车的设计中必要性极强，其影响着车身的弯曲性与车身高度，借助两边骨架的连接，可增强侧围结构的安全性。具体来说，第一，在侧围骨架的厚度方面，工作人员需选用尺寸规格较合适的材料增加其厚度，进而提升其冲击力。底骨架断面要处在门立柱、舱门立柱的对面，改善其横向冲击力。同时，侧围腰部区域的结构需进行设计，改善其承载力，由于侧围下半边属行李舱洞口，而上半边则为风窗洞口，针对其上下腰间的距离应合理选取，并设计出科学的斜撑，以缓解其承载力。根据相关客车车身结构标准，其斜撑需有一定的角度，其高宽比需在0.6左右，若斜撑太小，会影响其弯曲力，在其增大的同时，极易引发断裂危险。第二，若侧围的下腰梁断开，工作人员需对其及时处理，为增强客车侧面的连续受力，在设计此类结构时，需注重力流引导，并将其侧面的集中应力消除。第三，在设计窗立柱时，需挑选性能较好的材料，且尺寸规格要大，若客车发生交通事故，当车顶着地时，其窗立柱的承载力极为关键，因而车内的安全空间需有足够保证，窗立柱需保持较高的刚度与强度。
4.改进车顶结构
在设计客车的车顶结构时，其要做到三个方面，即改善车辆中的弯曲部分、连接客车的前后围与侧围、承受车顶的负重等。车顶负重主要包含风道、内行李架与空调等，工作人员需采用多种方式改进车顶结构，其一，侧窗立柱需与车顶弧杆件相对应，当车辆在运行中能有效改善车辆载荷或弯曲，直接传递左右侧面的力，避免了车顶上的载荷流转。其二，针对车顶弧杆件，应选取合适的尺寸规格，增加其多种抗击打能力，如抗扭曲、抗弯曲等，当其刚度与强度达到标准后，可略去剩余弧杆件，使车顶的结构设计更为简洁，降低焊接量。其三，在设计车顶结构的过程中，除了安装需要，不应与车顶弧杆件断开，可有效提升车顶的抗扭能力与刚度。此外，在车顶承载内部，车顶纵梁所占比例较少，可适当降低尺寸，并考虑多重因素，如风道安装、行李架、顶部窗口及空调洞口等，从而增强车顶结构的稳固。
5.增强前后围结构
在设计客车的前后围结构时，需做到安装挂水器、发动机舱门与灯具等，其附近的玻璃钢件也应安装固定，工作人员还需设置一性能较强的框架，以用来连接车顶与侧围骨架，若车辆发生碰撞，刚性框架会有效保护人身安全。具体来说，在选择玻璃钢时要严密贴合前后围骨架，进而保障风窗的位置。设计框架的过程中，其结构要保证科学、合理，可采用信息技术，计算出精准的数值，更好地连接车顶与侧围。此外，前围的风窗较为重要，刚度与硬度都要达到一定标准，如有必要，可整体设计底架结构，增强其抗击打能力，防止其与较低物体产生撞击时，伤害车内人员，因此，为保障前后围结构，技术人员利用数据模型能将客车结构设计得更为准确。
结语
客车车身结构在保证客车的性能以及行驶安全性方面都具有非常关键的作用，所以在车身结构的设计工作中，要积极推广全承载式的车身结构，充分发挥其优势作用，并在技术设计和安装制造方面不断克服技术难关，逐步优化客车车身结构的设计，能够提升我国生产的客车的性能和安全性。
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